(畢業(yè)論文）—綠色化利用低品位菱鎂礦的實(shí)驗(yàn)研究

綠色化利用 低品位菱鎂礦 的 實(shí)驗(yàn) 研究 of i 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 綠色化利用低品位菱鎂礦的 實(shí)驗(yàn) 研究 設(shè)計(jì) （論文） 的基本內(nèi)容： 以低品位菱鎂礦為原料制備 3 用 外光譜和掃描電子顯微鏡等現(xiàn)代檢測(cè)手段對(duì)產(chǎn)物的成分進(jìn)行表征，并 將 h 2o 用于處理 含 ) 重金屬廢水。 研究 煅燒溫度、時(shí)間對(duì)煅燒產(chǎn)物的影響及反應(yīng)溫度、時(shí)間、 入量和液固比 對(duì)鎂 溶解的影響，確定最佳工藝條件。 研究 h 2o 的加入量對(duì) )沉淀率的影響。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分： 題目： 綠色化利用低品位菱鎂礦的 實(shí)驗(yàn) 研究 設(shè)計(jì)或論文專題的基本內(nèi)容： 研究 煅燒溫度、時(shí)間對(duì)煅燒產(chǎn)物的影響及反應(yīng)溫度、時(shí)間、 鎂 溶解的影響，確定 制備 3 利用 x 射線衍射、紅外光譜和掃描電子顯微鏡等現(xiàn)代檢測(cè)手段對(duì)產(chǎn)物 的成分進(jìn)行表征 。 研究 h 2o 的加入量對(duì) )沉淀率的影響。 生接受畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目日期 第 周 指導(dǎo)教師簽字： 2010年 月 日 要 隨著菱鎂礦的不斷開采，高品位礦儲(chǔ)量越來越少，同時(shí) 產(chǎn)生了大量低品位菱鎂礦等廢棄物，如不加以利用，不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境， 因此低品位菱鎂礦的利用已勢(shì)在必行。 本課題以低品位菱鎂礦為原料，研究3并以 3過化學(xué)反應(yīng)方法處理含 )重金屬廢水，目的在于 探索低品位菱鎂礦及菱鎂礦廢棄礦綜合利用的新途徑；研究一種生產(chǎn)低成本 3 研究表明， 采用 1% 的 低品位 菱鎂礦在 650混合 煅燒 2h， 00%， 煅燒產(chǎn)物為到鈣和鎂分離的效果。 通過單因素實(shí)驗(yàn)確定了由煅燒產(chǎn)物浸出鎂的最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度為 80，反應(yīng)時(shí)間為 60入量為 ，液固比為 8， 采用二次浸出的方法； 此時(shí) 鎂溶出率為 92%， 浸出 殘 渣的主要成分為 度為 用含 h 2o， 當(dāng)反應(yīng)溫度為 37，(，陳化時(shí)間為 2h 時(shí)， h 2o 的產(chǎn)率為 純度為 (h 2o 產(chǎn)率的影響大。 在反應(yīng)溫度為常溫，反應(yīng)時(shí)間為 303入量為 1 倍的條件下， 利用 h 2o 處理含 )重金屬廢水 時(shí) , ) 的沉淀率為 100%，且 3入量對(duì) ) 沉淀率的影響不大。 通過研究， 開發(fā)出了一種生產(chǎn)低成本 3該方法 的確立 為低品位菱鎂礦的綜合利用探索出了一條新 的 途徑 。 關(guān)鍵詞： 低品位菱鎂礦 ， 浸出 ， 三水合碳酸鎂 ，產(chǎn)率， 重金屬 廢水 of of a of as of a of a to be in as 3as as of by 3as to of a to 3as 650 h, %. 00%, of of on of 80 0 .3 of to of 2%, v h 2o by 7 , .5 h, h 2o is an h 2o. of by 3as is 0 h 2o u ( ) 00 %, in h 2o on u ( ). a to h 2o by as of a - 1 - 目 錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 . i 摘 要 . . 1 章 緒 論 . 1 鎂礦資源的低品位化 . 1 化合物生產(chǎn)的研究現(xiàn)狀 . 3 化鎂的分類 . 3 外氧化鎂的生產(chǎn)方法 . 4 內(nèi)氧化鎂生產(chǎn) 方法 . 5 研究的目的及意義 . 11 研究的主要內(nèi)容及其優(yōu)點(diǎn) . 13 研究的主要內(nèi)容 . 13 研究工藝的優(yōu)點(diǎn) . 13 第 2 章 實(shí)驗(yàn) 原理與方法 . 14 驗(yàn)原理 . 14 品位菱鎂礦的煅燒 . 14 燒產(chǎn)物中鎂的溶出 . 16 的沉淀 . 16 用產(chǎn)物三水合碳酸鎂處理含銅廢水 . 17 驗(yàn)工藝流程 . 17 驗(yàn)方案 . 18 驗(yàn)原料 . 18 驗(yàn)試劑及儀器 . 19 實(shí)驗(yàn)所用的常規(guī)檢測(cè)手段 . 20 - 2 - 驗(yàn)方法 . 20 品位菱鎂礦的煅燒 . 20 燒產(chǎn)物中鎂的溶出 . 20 的沉淀 . 21 水合碳酸鎂處理含銅廢水 . 21 第 3 章 三水合碳酸鎂的制備 . 22 品位菱鎂礦煅燒方式的選擇 . 22 品位菱鎂礦的直接煅燒 . 22 品位菱鎂礦與氯化銨混合焙燒 . 24 品位菱鎂礦與添加劑混合煅燒 . 27 溶出的單因素實(shí)驗(yàn) . 29 應(yīng)溫度的影響 . 29 . 30 應(yīng)時(shí)間的影響 . 32 固比的影響 . 33 的沉淀反應(yīng) . 36 h 2. 37 論 . 40 第 4 章 三水合碳酸鎂的應(yīng)用實(shí)例 處理含銅廢水 . 45 第 5 章 結(jié)論 . 45 參考文獻(xiàn) . 47 結(jié)束語 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 攻讀學(xué)位期間參與的研究項(xiàng)目和研究成果 .錄 . 52 - 1 - 第 1 章 緒 論 隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類對(duì)各種礦產(chǎn)資源的需求量越來越大 ，礦產(chǎn)資源進(jìn)入快速 消耗 時(shí)期，優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源隨之急劇減少 乃至趨于枯竭，礦產(chǎn)資源的供需矛盾日益突出。 由于礦產(chǎn)資源屬不可再生資源，因此對(duì)于低等級(jí)、低品位礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用就顯得迫在眉睫。 另一方面，選礦、冶金、加工技術(shù)的不斷進(jìn)步使得以前認(rèn)為沒有利用 價(jià)值的貧礦，或由于技術(shù)原因以前無法開采利用的復(fù)合礦，逐漸被開采利用。 作為我國優(yōu)勢(shì)礦種之一的菱鎂礦，目前已探明儲(chǔ)量 30億噸，占世界儲(chǔ)量的三分之一，居 世界 首位 ， 對(duì)它的利用已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。研究 菱鎂礦 的綜合利用問題具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)于 礦 業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 鎂礦 資源的 低品位化 我國菱鎂礦資源豐富，質(zhì)量優(yōu)良， 含 3%以上的一、二級(jí)品占總儲(chǔ)量的 53%，其中一級(jí)品 和 特級(jí)品菱鎂礦儲(chǔ)量 噸，占總儲(chǔ)量的 二級(jí)品儲(chǔ)量 總儲(chǔ)量的 而國際上最需要 的 特級(jí) 品 菱鎂礦儲(chǔ)量非常少，其目前的開采量已不能滿足市場的需求。 近年來， 我國菱鎂礦資源 的 利用一直處于“一等原料，二等加工，三等產(chǎn)品”的境地 1， 特別是海城地區(qū)大部礦山采用傳統(tǒng)采礦方式采富棄貧，低品位菱鎂礦被廢棄并占地堆放，因此產(chǎn)生了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題。 菱鎂礦的開采和利用中存在的一個(gè)突出問題是資源的浪費(fèi)嚴(yán)重。由于經(jīng)濟(jì)原因以及缺乏合適的選礦加工技術(shù)，很多礦山只采富礦，而丟棄所謂的貧礦，實(shí)際上所謂的貧礦中 0%以上，而國外的菱鎂礦，連 0%的礦石都在開采 利用。我國有些礦山的采出率不 足 50%，甚至更低，造成資源的極大浪費(fèi)。據(jù)實(shí)地考察了解，含 7%以上的菱鎂礦石的價(jià)格 130 元 /噸 ，而 含 4 46%的菱鎂礦石僅 20 30 元 /噸，而這部分礦石占總儲(chǔ)量的 70%以上。 - 2 - 由于海城、大石橋地區(qū)大部分儲(chǔ)量都是三級(jí)或是級(jí)外品，所以礦山企業(yè)就采取采富棄貧，低品位菱鎂礦被丟棄，直接堆入山溝，或占地堆放 ，形成白色污染，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境 ，給生產(chǎn)和人民生活帶來很大損 害 。 菱鎂礦產(chǎn)業(yè)普遍存在的環(huán)境問題主要有：礦山環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害、生產(chǎn)性粉塵、窯爐煙塵、有害氣體、振動(dòng)及噪聲 、廢水、固體廢棄物等方面。近年來，菱鎂礦開 采 、加工 技術(shù) 飛速發(fā)展，污染控制 與 環(huán)境保護(hù)工作取得了很大成績，但與先進(jìn)工業(yè)化國家相比，還 存在 許多問題 ： 礦山 開 采 過程中產(chǎn)生的尾礦、 廢渣、碎石 隨意堆棄 ， 造成 礦山附近 植被 破壞 和 河道堵塞，破壞了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和居民的生存環(huán)境 1； 粉塵、煙塵落到田野形成硬殼，使土壤板結(jié)，導(dǎo)致莊稼和果樹大幅度減產(chǎn) ； 采礦誘發(fā)的 地面 裂縫、地面塌陷、泥石流，造成的地表水漏失、水質(zhì)變差等，也給周圍村民的生產(chǎn)和生活帶來諸多不便。 同時(shí)， 礦 物 加工 過程中， 由于燃料結(jié)構(gòu)不合理， 如 高硫煤炭 的 過度使用造成 大氣 污染物超 標(biāo)排放，加上有些企業(yè)的環(huán)保設(shè)施不適應(yīng)新的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，使窯爐煙囪污染仍比較嚴(yán)重；由于大多數(shù)企業(yè)存在著 生產(chǎn) 設(shè)備落后、工藝?yán)匣膯栴}，機(jī)械化、自動(dòng)化水平低，環(huán)保設(shè)施陳舊， 粉 塵、噪聲、有害氣體污染突出 。 傳統(tǒng)利用 菱鎂礦 的方式 既是對(duì)資源的一種極大浪費(fèi)，也是造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益低下的原因，因此有必要加大科技力量的投入，發(fā)展技術(shù)含量高的產(chǎn)品。 目前國際市場呈現(xiàn)對(duì)初級(jí)材料的需求逐漸減少，對(duì)高檔產(chǎn)品的需求不斷增加的趨勢(shì)。因此，依靠科技進(jìn)步，調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高資源利用水平，提高鎂質(zhì)耐火材料的加工深度，開發(fā)生產(chǎn)高檔鎂制品是鎂 質(zhì)材料的發(fā)展方向，而生產(chǎn)高檔鎂質(zhì)材料的基礎(chǔ)是高質(zhì)量、高純度的菱鎂礦。因此，研究菱鎂礦的 加工 技術(shù)是關(guān)鍵問題。 菱鎂礦資源是不可再生的，棄貧采優(yōu)的 傳統(tǒng) 開采方法使優(yōu)質(zhì)資源越采越少 ， 因此我國的菱鎂礦資源的前景不容樂觀。據(jù)估計(jì)，按現(xiàn)在的開采方式和開采速度，再過 30年，遼寧的大部分菱鎂礦區(qū)的優(yōu)質(zhì)礦石資源將枯竭。 - 3 - 因此，必須重新認(rèn)識(shí)和高度重視資源保護(hù)問題。通過礦物加工技術(shù)，提高低品位菱鎂礦中 含量，降低雜質(zhì)含量，充分合理地利用現(xiàn)有的菱鎂礦資源，是提高資源利用率，保持可持續(xù)發(fā)展，造福子孫的重大課題，其重要性和緊迫性不言 而喻 2。 化合物生產(chǎn) 的研究現(xiàn)狀 鎂化合物主要包括氧化鎂、氫氧化鎂、 碳酸鎂和堿式碳酸鎂等，其中氧化鎂因 其 產(chǎn)量大，應(yīng)用面廣，品種規(guī)格多，生產(chǎn)方法多樣 （可由氫氧化鎂、 碳酸鎂和堿式碳酸鎂煅燒分解制得 ） ，并且 系 生產(chǎn)其他高純鎂化合物的原料 而位居 鎂化合物的核心 地位 。 由于氫氧化鎂、 碳酸鎂和堿式碳酸鎂均為 目前氧化鎂生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)物，故 本節(jié)重點(diǎn)敘述氧化鎂生產(chǎn)的方法。 分類 氧化鎂化學(xué)式為 名鎂砂，氧鎂。自然界中氧化鎂以游離形態(tài)存在于方鎂石礦中，人造氧化鎂是密度為 白色疏松粉末，依據(jù)其物理化學(xué)性質(zhì) 容重、化學(xué)活性、吸附性質(zhì)、導(dǎo)熱性等可區(qū)分為輕質(zhì)、次輕質(zhì)、重質(zhì)和活性氧化鎂 3。 活性氧化鎂根據(jù)吸碘值 (吸附性能指標(biāo) )分為高活性 (超輕質(zhì) )，中活性(中輕質(zhì) )，低活性 (輕質(zhì) )氧化鎂 ，其 吸碘值分別為 120 180， 50 80， 1943mg/g。 此外，氧化鎂的商品名稱也很多，例如：輕燒氧化鎂 (也叫苛性氧化鎂 )，由碳酸鎂、菱鎂礦或氫氧化鎂在 950 煅燒而成，產(chǎn)品具有活性，能與水作用而固 化 。 輕燒鎂石，是菱鎂礦在 800 950 燒成的氧化鎂，用于制造鎂氧水泥、金屬鎂、鎂化合物 和堿性耐火材料。 燒結(jié)氧化鎂，又稱僵燒氧化鎂，由碳酸鎂，菱鎂礦或氫氧化鎂在 1400以上燒成，與輕燒氧化鎂不同，不具備活性，不能與水作用而結(jié)合。主要用于作熱絕緣材料和高溫爐襯里，以及制造堿性耐火材料和坩堝等。鎂砂， - 4 - 又稱燒結(jié)鎂砂，是輕燒氧化鎂、輕燒鎂石和燒結(jié)氧化鎂的統(tǒng)稱。 電 熔 氧化鎂，一般氧化鎂原料用電爐高溫煅燒 (約 2750) 制得氧化鎂，特點(diǎn)是高溫性能好，如 ： 耐熱性、耐堿性、耐高溫熔融金屬的腐蝕性 強(qiáng) ，常溫下 導(dǎo) 熱性 強(qiáng) ?？勺鏖l帶材，熱電偶和計(jì)量器用材，用來制造高級(jí)耐火材鎂碳磚，在轉(zhuǎn)爐煉鋼，爐外精煉等應(yīng)用上具有廣 闊的前景，用它燒成的氧化鎂陶瓷比氧化鋁陶瓷高溫性能好，在冶金工業(yè)上有更廣泛的應(yīng)用 4。 據(jù)美國礦山局統(tǒng)計(jì) , 美國生產(chǎn)鎂 化合物 產(chǎn)品 的 原料 60%來自液體礦（海、湖、井中的鹵水） ， 其次是菱鎂礦和白云石。最具商業(yè)價(jià)值的鎂化學(xué)品是氧化鎂 ， 其產(chǎn)品有兩個(gè)基本價(jià)格 ， 一是耐火級(jí) ， 幾乎全部用 作 鋼鐵冶煉 用 耐火材料 等 ；二是煅燒氧化鎂 ， 有些級(jí)別的氧化鎂產(chǎn)品還有氫氧化鎂和碳酸鎂 ， 其應(yīng)用領(lǐng)域較廣，如飼料添加劑、醫(yī)藥、化工生產(chǎn)等。 美國氧化鎂生產(chǎn)工藝方法是煅燒氫氧化鎂或菱鎂礦。氫氧化鎂來自鹵水經(jīng)石灰苛化成 ，菱鎂礦理論上含氧化鎂 經(jīng)選礦處理， 降低 鈣、硅等雜質(zhì)含量，在 1400 高溫下煅燒氫氧化鎂或菱鎂礦制取耐火級(jí)氧化鎂；在 900 煅燒上述二種原料制取煅燒氧化鎂，其化學(xué)活性相對(duì)較高、吸附能力強(qiáng)。再根據(jù)不同用途深加工成各種功能性氧化鎂。 但 一般不采用熱分解其它鎂鹽如氯化鎂、硫酸鎂、碳酸鎂等方法生產(chǎn)氧化鎂。 西歐有 70%的氧化鎂是由菱鎂礦和白云石制得，由海水制取約占 25%，由鹽水制取的約占 25%。由海水制取氧化鎂的最大生產(chǎn)廠家在英國、愛爾蘭和荷蘭；由天然菱鎂礦制死燒氧化鎂的最大廠家在奧地利、希臘和西班牙。西歐 氧化鎂總產(chǎn)量在 a, 其中輕質(zhì)氧化鎂產(chǎn)品不足 25%。 東歐氧化鎂主要由菱鎂礦煅燒制取， 90%以上為耐火級(jí)。以天然菱鎂礦制取氧化鎂最大生產(chǎn)國家是俄羅斯 , 其次是斯洛伐克。其產(chǎn)品主要是死燒氧化鎂 , 用于國內(nèi)鋼鐵工業(yè)做耐火材料和爐襯。 非洲和中東地區(qū)的伊朗、以色列、約旦、土耳其、南非等主要以海水 - 5 - 或天然礦為原料生產(chǎn)氧化鎂，生產(chǎn)能力均為 400kt/a，其中輕質(zhì)氧化鎂產(chǎn)量甚微。 亞洲生產(chǎn)氧化鎂量較大的國家是日本（除中國之外），生產(chǎn)能力在300kt/堿性煅燒氧化鎂為主，耐火級(jí)氧化鎂 70% 80%依靠進(jìn)口；堿性煅燒氧化鎂隨著進(jìn)口量的增加而增長，大部分進(jìn)口的產(chǎn)品被轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂而用于肥料或硫酸鎂的生產(chǎn)。由海水或濃鹽水制得的堿性煅燒氧化鎂的最大用途是橡膠制造過程；其次是硅鋼制造；少量產(chǎn)品用做塑料添加劑及制藥 5。 我國氧化鎂產(chǎn)品以輕質(zhì)氧化鎂初級(jí)粗產(chǎn)品為主 ， 其他精細(xì)品種產(chǎn)量甚微。生產(chǎn)方法以 煅 燒 白云石（低品位菱鎂礦） 等固體礦為主 ， 近年來逐漸向以鹵水 等液體礦 為原料轉(zhuǎn)變。 以 白云石（低品位菱鎂礦） 為 原料 制備輕質(zhì)氧化鎂的工藝方法 有：銨鹽法、 鹵水 /海水法、 酸分解法、碳氨法、碳化法， 分別敘述 如下： (1) 白云石銨鹽法 煅燒后的白云石熟料用適量氯化 銨 將鈣浸出，浸液制氯化鈣；余渣再用過量的氯化 銨 將鎂浸出，得到的富鎂液用氨水沉淀，將氫氧化鎂沉淀烘干后，灼燒制得輕質(zhì)氧化鎂。主要反應(yīng)如下： = 2 (1h 2o (12 (1 2o= h)2 +2 (1h)2 (1該 工藝 的 優(yōu)點(diǎn)： 制備輕質(zhì)氧化鎂產(chǎn)品收率及純度分別 90%和 98% 以上，比傳統(tǒng)白云石 煅 燒加壓碳化法工藝高 ； 同時(shí)，副產(chǎn)無水氯化鈣， 其收 - 6 - 率與純度也分別達(dá)到 95%和 97%以上。 原材料易取 ， 且成本低廉 ： 白云石來源極為廣泛而價(jià)廉，且質(zhì)量高 ； 氯化銨及氨水不僅易購，而且在工藝返料循環(huán)和系統(tǒng)中循環(huán)使用，降低了 原 料成本。 該工藝 的 缺點(diǎn)： 利用菱鎂礦 /白云石 煅燒產(chǎn)物 和氯化銨反應(yīng)得到氯化鎂和氨氣，再由氨氣的水溶液 氨水和氯化鎂反應(yīng)，制備氫氧化鎂，但反應(yīng)過程產(chǎn)生殘?jiān)?且 工藝廢渣主要是含鐵、鋁及少量鈣、鎂的硅酸鹽和氫氧化物 ， 即存在新的廢棄物；而且加入氨水以后，反應(yīng)體系很快形成體系的 10 左右，而 1左右方可完全形成氫氧化鎂沉淀 ，因此 易沉淀完全且氨的消耗量大，沉淀時(shí)間較長，導(dǎo)致氫氧化鎂產(chǎn)率 低，一般 在 70% 80%；另外，該方法氨循環(huán)量大，同時(shí) 由于氨的揮發(fā)性， 氨泄露也會(huì)造成氨的損失及環(huán)境污染 6。 (2) 鹵水 /海水 將輕燒白云石水合生成含氫氧化鈣和氫氧化鎂的輕燒白云石乳 ， 輕燒白云石乳中的氫氧化鈣和原料海水、鹵水中的鎂離子在連續(xù)合成及分離一體化反應(yīng)器中反應(yīng)生成氫氧化鎂。 主要反應(yīng)如下： 2h)2+ h)2 (1h)2+ h)2+ (1該工藝優(yōu)點(diǎn)： 該工藝的主要原料為海水、鹵水和輕燒白云石 , 其來源廣泛、價(jià)格低廉。 該工藝反應(yīng)在常溫下進(jìn)行 ， 生產(chǎn)節(jié)能、成本低。 該工藝過程無有毒、有害及有腐蝕性的物料投入和產(chǎn)出 ， 對(duì)生產(chǎn)設(shè)備無特殊要求 ， 主要設(shè)備為壓濾機(jī)、普通工業(yè)泵和反應(yīng)器、沉降器等碳鋼槽罐 ， 設(shè)備投資少 ， 操作簡單。 該工藝中 ,通過對(duì)原料水的預(yù)處理 ,有效地降低了產(chǎn)品中雜質(zhì)含量 ， 產(chǎn)品質(zhì)量明顯優(yōu)于國內(nèi)同類工藝產(chǎn)品 ， 達(dá)到了沉淀法生產(chǎn)高質(zhì)量氫氧化鎂的要求。 該工藝中 ， 連續(xù)合成及分離一體化反應(yīng)器的研發(fā)和應(yīng)用有效地控制了產(chǎn)品結(jié)晶 過程，使 反應(yīng)器中保留足量的晶種 ， 避 - 7 - 免了晶種的 返 回添加 ， 實(shí)現(xiàn)了連續(xù)合成 ， 并實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)產(chǎn)品和雜質(zhì)的有效分離 ， 產(chǎn)品 中雜質(zhì)含量 較傳統(tǒng)方法 低 、 產(chǎn)品純度 高。 該工藝缺點(diǎn)： 很多地區(qū)（如陜西、山西）僅同時(shí)具有白云石和海水中的一種資源，原料運(yùn)輸成本太高； 白云石中的 氧化鈣在結(jié)晶反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化為 與海水的成分共同進(jìn)入母液，由于海水成分復(fù)雜，因此母液 成分亦復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致母液的下游產(chǎn)品 鹽的純度較低； 白云石中的氧化鈣未得到充分利用； 消化水合反應(yīng)過程產(chǎn)生殘?jiān)创嬖谛碌膹U棄物 7。 (3) 白云石酸分解法 該 工藝用鹽酸分解白云石粉 得到 白云石煅粉使鈣、鎂分離，制得富鈣液用于生產(chǎn)氯化鈣，沉淀物 h)2與硫酸反應(yīng)得硫酸鎂溶液，經(jīng)精制結(jié)晶得硫酸鎂產(chǎn)品，主要反應(yīng)如下 ： 酸分解： +4+2 (1沉 淀 鎂 : ： 2o=g( (1溶解 鎂： h)2+ (1該工藝優(yōu)點(diǎn)： 采用工業(yè)廢鹽酸分解白云石制氯化鈣和硫酸鎂工藝簡單，鈣、鎂利用率高，設(shè)備投資少；綜合利用資源，有較顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 該工藝缺點(diǎn)：鈣鎂分離不完全，鎂的收率較低 ， 而且難于得到輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。 且反應(yīng) 過程產(chǎn)生殘?jiān)?，所排少量廢渣為二氧化硅、石膏、金屬氫氧化物，即存在新的廢棄物； 將銨鹽工藝的氯化銨替換為鹽酸或硫酸，但此方法耗酸量大，成本太高，而且設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，亦存在安全問題 8。 (4) 白云石碳化法 白云石碳化法生產(chǎn)氧化鎂的傳統(tǒng)工藝 1包括煅燒、消化、碳化、水解、 - 8 - 烘干、輕燒等工序，其主要化學(xué)反應(yīng)為： 煅燒： = 2 (1消化： h)2+ h)2 (1碳化： h)2+ h)2+3+ +(1水解： +23 + (1烘干： 3 (1輕燒： (1該工藝優(yōu)點(diǎn)：白云石碳化法生產(chǎn)輕質(zhì)氧 化鎂不僅基建投資少、技術(shù)可靠，而且將白云石礦產(chǎn)資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯唐犯偁巸?yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。工藝成熟，操作費(fèi)用低，產(chǎn)品質(zhì)量高，成本低，反應(yīng)介質(zhì)無腐蝕性、產(chǎn)品純度高。 該工藝缺點(diǎn)：每噸產(chǎn)品耗水量高達(dá) 30 60噸，且采用間歇式操作，因此生產(chǎn)能力低，能耗較高，工藝條件（如 以控制，碳酸鈣和氧化鎂質(zhì)量不穩(wěn)定，推廣應(yīng)用受到限制 9, 10。 (5) 白云石碳氨 法 煅燒 ： 原料含 有 29. 85 %少量 雜質(zhì)。將白云石放入茂福爐煅燒即成白云灰。 消化 :將粉碎的白云灰用水或母液進(jìn)行消化。碳化 :將消化灰乳加入碳化塔 ， 經(jīng)碳化、陳化、過濾 ,濾液去熱分解池。熱分解 :經(jīng)加氨、加熱、過濾、烘干即得堿式碳酸鎂 ，母液去消化池。 煅燒 :將堿式碳酸鎂放入茂福爐 ， 經(jīng) 煅燒 、粉碎、過篩即得高純度輕質(zhì)氧化鎂。 該工藝優(yōu)點(diǎn)：新工藝不僅技術(shù)路線合理、生產(chǎn)成本低而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn) - 9 - 定 ， 母液、氨、二氧化碳全部循環(huán)使用以保證環(huán)境免受污染 ， 具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 高純度輕質(zhì)氧化鎂制備新工藝采用資源豐富、價(jià)格低廉的白云石為原料 ， 設(shè)備投資少 ， 工藝簡單 ， 回收 副產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣不僅能增加產(chǎn)值 ， 而且還消除了廢渣污染 ， 因此 ， 該工藝的研究開發(fā)具有較高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 工藝條件可作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) ， 為工業(yè)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 該工藝缺點(diǎn)：消化蒸氨工序中應(yīng)進(jìn)一步研究蒸氨工藝 ， 以便為氨循環(huán)的設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù) ； 另外， 碳化工序中 需 添加氨基乙酸、二已醇胺或磷酸鈉等催化劑 9,10， 以進(jìn)一步加快碳化反應(yīng)速率 ， 提高設(shè)備生產(chǎn)能力 11, 12。 以 菱鎂礦 為 原料 制備輕質(zhì)氧化鎂的工藝方法 有煅 燒法 、 碳化法 ： 煅 燒法 ： 菱鎂礦中含 90%以上的碳酸鎂 ， 以及少量碳酸鈣和 其他微量雜質(zhì) ， 直接煅燒 即可 得到純度較高的氧化鎂。 (1此法工藝簡單 ， 生產(chǎn)成本低 ， 產(chǎn)品活性較高。但是產(chǎn)品中含有 等雜質(zhì) ， 很難分離 ， 產(chǎn)品中氧化鎂的含量只能在 98%左右 ， 進(jìn)一步提高純度存在很多技術(shù)問題，解決這些問題將會(huì)大大提高生產(chǎn)成本 5。 碳化法 ： 將菱鎂礦等固體礦煅燒成粉末、消化，通 入 熱水解生成堿式碳酸鎂，再經(jīng)干燥、灼燒得輕質(zhì) 氧化鎂。 該方 法生產(chǎn)成本低，但產(chǎn)品純度較低，生產(chǎn)流程長，設(shè)備投資大。碳化反應(yīng)方程如下： h)2 + + h 2o (1 h)2 + 2 (1由碳化法進(jìn)一步優(yōu)化得到一系列高效的氧化鎂生產(chǎn)工藝，如二次碳化法、加壓碳化法，碳氨雙循環(huán)法等。 二次碳化法原理與碳化法相同，只是在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了第二次碳化除雜，相對(duì)提高了產(chǎn)品的純度。由于進(jìn)行了二次除雜， 產(chǎn)品中氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 高純度求 13。 - 10 - 加壓碳化法是在碳化法中常壓碳化后又進(jìn)行了更加徹底的加壓碳化，大大提高了碳化除雜的效率和氧化鎂產(chǎn)品的純度 14。 碳氨雙循環(huán)法是針對(duì)重鎂水熱解過程中，能耗較高的問題而提出的解決方案，即通過在重鎂水中通入氨氣，使溶液中碳酸氫鎂直接轉(zhuǎn)變成堿式碳酸鎂，過濾后得到的碳酸銨溶液作為消化液用于白云灰的消化，同時(shí)利用消化過程中產(chǎn)生的熱量，蒸發(fā)出溶液中的氨，再次用于重鎂水沉淀 10。 該工藝提高了碳化過程中二氧化碳的利用率 ，并 減少了熱解過程中的能耗，但如何保持循環(huán) 過程中氨的平衡、以及在氨氣的蒸出和吸收過程中如何保持操作環(huán)境不惡化還有待進(jìn)一步研究。碳氨雙循環(huán)法將二氧化碳、氨 和 母液全部回收利用，與傳統(tǒng)碳化法 相比 ， 其 生產(chǎn)周期短、能耗低、生產(chǎn)成本低而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 該工藝 低品位菱鎂礦的提取率可達(dá) 60% 64%，且產(chǎn)品氧化鎂純度較高 15。 以 鹵水 /海水 為原料 制備輕質(zhì)氧化鎂的工藝方法如下： 海水、鹵水 石灰法 以海水、鹵水為原料， 將石灰石或白云石煅燒成石灰或白云灰， 并 進(jìn)行水化得 到 氫氧化鈣乳液或氫氧化鈣和氫氧化鎂混合乳液 ， 與海水、鹵水按 一定比例 混合 反應(yīng)， 生成氫氧化鎂沉淀 ， 反應(yīng)式為： h)2 (1 2 h)2 + h)2 (1h)2 + h)2 + (1沉淀經(jīng)過濾、洗滌、烘干及煅燒得 到 氧化鎂。 此法 具 有原料來源廣泛、價(jià)格便宜、生產(chǎn)成本 相對(duì) 較 低等優(yōu)點(diǎn)。但也存在著 生產(chǎn)過程中氫氧化鎂過濾性差，對(duì)苦鹵純化要求高，對(duì)石灰活性要求高及產(chǎn)品純度較低等不足。通過改進(jìn)工藝可以改變氫氧化鎂過濾性能和提高氧化鎂的純度。 鹵水碳銨法 - 11 - 將海水制鹽后的母液在除去雜質(zhì)后與碳酸氫銨按適宜的比例相混合，進(jìn)行沉淀反應(yīng)，再經(jīng)離心脫水、烘干、煅燒、粉碎分級(jí)，即得輕質(zhì)氧化鎂產(chǎn)品。該法也受原材料是否能本地供給的限制，且能耗較高，大約為菱鎂礦、白云石法的 4倍，能耗費(fèi)用占氧化鎂生產(chǎn)費(fèi)用的 75%。 將鹵水和碳酸氫銨按適宜的比例混合，控制在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)達(dá)到平衡后 ，停止反應(yīng)，得到顆粒較大而易于過濾洗滌的堿式碳酸鎂沉淀。 沉淀經(jīng)離心脫水、烘干、煅燒、粉碎、分級(jí)包裝，即得輕質(zhì)碳酸鎂成品。 2 + 2 (1 + 2 3 + (15(h 2o) = 4g(24h 2o + + 10h 2o (1或 ： 5 10 4g(24h 2o + 10 6 (14g(24h 2o = 5 4+ 5h 2o (1在 該 生產(chǎn)方法中，一般鹵水鎂離子的含量在 50g/中也常 富集較多雜質(zhì)，其中尤以 雜質(zhì)離子的形式存在，嚴(yán)重影響氧化鎂產(chǎn)品的質(zhì)量，因此生產(chǎn)前必須采取相應(yīng)的措施除 去 有害雜質(zhì)。 煅燒后的氧化鎂冷卻后，先進(jìn)行分級(jí)，把煅燒過程中帶入的雜質(zhì)以及因爐膛內(nèi)溫度的不一 致而使少量被燒結(jié)的氧化鎂除去。分級(jí)后的氧化鎂進(jìn)行粉碎，將粒徑合格的產(chǎn)品裝袋后送樣化驗(yàn) 16。 綜上所述，以上工藝均不同程度的存在煅燒溫度高、外購試劑量大、鎂離子的 沉淀時(shí)間長等缺點(diǎn)，因此，尋求 鎂 化合物的新產(chǎn)品 和 特種產(chǎn)品 以及新工藝仍是今后研究的主要方向。 研究的目的及意義 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源消耗特別是礦產(chǎn)資源消耗也進(jìn)入到了快速發(fā)展時(shí)期，優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源也隨之急劇減少，礦產(chǎn)資源屬不可再生 - 12 - 資源，因此對(duì)于低等級(jí)、低品位礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用就顯得迫在眉睫。特別是海城地區(qū)大部礦山采用傳統(tǒng)采礦方式采富棄貧 ，低品位菱鎂礦被廢棄，直接堆入山溝，或占地堆放（僅海城鎂礦就堆存幾百萬噸），造成資源極大的浪費(fèi)，且形成白色污染，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境，縮短礦山服務(wù)年限。 我國有著豐富的鎂資源，菱鎂礦資源居世界之首，西部鹽湖的鎂資源尤為豐富。盡管氧化鎂、氫氧化鎂已在電子元件、橡膠、塑料、陶瓷、耐火材料和阻燃材料等領(lǐng)域得到了一定程度的應(yīng)用 17，但同鎂資源的儲(chǔ)量相比仍相差甚遠(yuǎn)，因此研究鎂產(chǎn)品的新用途，將有利于推動(dòng)鎂資源的進(jìn)一步開發(fā)和合理利用。 由于 堿式碳酸鎂和三水碳酸鎂所具有的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，其實(shí)際應(yīng)用如醫(yī)藥、化妝品制造、橡膠工 業(yè)、印刷業(yè)及作為制取 氧化鎂 的先驅(qū)物質(zhì)等，已經(jīng)引起了人們廣泛的興趣 18。 隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展 ， 工業(yè)廢水的排放量 及 污染物的種類、數(shù)量呈不斷增加趨勢(shì) ，特別是冶金、電鍍等行業(yè)的 重金屬 廢水 污染 問題 日 益 加重 ， 給 人們的生命健康帶來 嚴(yán)重威脅 ，因此 水體重金屬污染 逐漸成為 當(dāng)今重要環(huán)境議題之一。 重金屬廢水的處理方法主要包括 吸附法 和 化學(xué) 沉淀 法 ，但吸附法對(duì) 吸附劑 的 用量大，不符合清潔生產(chǎn)的要求。 近年來 ， 由于世界各國環(huán)保呼聲的日益高漲和環(huán)境立法的日趨完善 ，原來應(yīng)用于酸性工業(yè)廢水 、重金屬廢水 和含酸廢氣處理領(lǐng)域中的一些強(qiáng)堿性物料 ， 諸如石灰、燒堿、純堿的使用逐步受到限制 ， 而被新崛起的弱堿 氫氧化鎂 所取代 19， 但目前尚未見有將 三水合碳酸鎂用于 處理 重金屬廢水的報(bào)道 。 碳酸鈣是造紙工業(yè)填料、橡膠、塑料、玻璃、醫(yī)藥、涂料、建材、冶金、化工、顏料和石棉等工業(yè)的原料。 針對(duì)以上內(nèi)容， 本 研究 以遼寧大石橋金鼎有限公司樣品 低品位菱鎂礦為研究對(duì)象，目的在于 探索低品位菱鎂礦及菱鎂礦廢棄礦綜合利用的 - 13 - 新途徑；研究一種生產(chǎn)低成本 三水合碳酸鎂 及碳酸鈣 的方法 ；初步探索 三水合碳酸鎂處理含 ) 重金屬廢水的方法。 該研究方向 可以使 低品位菱鎂礦 中的 鎂 得到充分 利用，具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)提高 低品位菱鎂礦 的利用率、節(jié)約資源、減少堆棄占地、減少環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn) 以及 低成本輕質(zhì)氧化鎂的開發(fā)、 促進(jìn) 鎂質(zhì)材料 生產(chǎn)與 生態(tài) 環(huán)境和諧發(fā)展 具有現(xiàn)實(shí)意義。 研究 的主要內(nèi)容及其優(yōu)點(diǎn) 研究 的主要內(nèi)容 本工藝采用 如下方 法： 采 用 650時(shí) 與 低品位菱鎂礦混合 煅燒 2h， 冷卻 2h 得到煅燒產(chǎn)物 。 向 液 中加入一定量的煅燒產(chǎn)物， 加熱攪拌 反應(yīng) 后過濾， 得到含 含 向 濾液中加入一定量的 ( 沉淀、 過濾 （固液分離） 后 得到 3 環(huán)利用 ， 3為所需產(chǎn)物。通過單因素實(shí)驗(yàn)分析 煅燒溫度 、 時(shí)間 對(duì)煅燒產(chǎn)物的影響 及反應(yīng)溫度、時(shí)間、入量和液固比 對(duì) 鎂 溶解的影響，確定最佳工藝條件。 將上述3物用于處理 含 ) 重金屬廢水，通過單因素實(shí)驗(yàn)分析3u() 離子沉淀率 的影響 。 研究 工藝 的